Закономерности изменения свойств почв юго-востока Центрального черноземья под влиянием антропогенного воздействия (26.10.2009)

Автор: Чевердин Юрий Иванович

Нитратный азот. Введение в сельскохозяйственное производство залежных почв вследствие ежегодного оборота пласта, приводит к активизации почвенных процессов в первые годы после распашки, переходу азота почвы из инертного состояния в лабильное и скачкообразному увеличению содержания нитратов. В дальнейшем по мере возрастания длительности распашки и расхода лабильной части гумуса происходит постепенное снижение нитратов во всех горизонтах пахотных черноземов (рис.7).

НСР0,95 0-20 см – 6,6 мг/кг; 0-50 см – 4,7 мг/кг; 0-100 см – 2,2 мг/кг

Рис. 7 – . Содержание нитратного азота в черноземах плоских водоразделов (среднее за 2003–2006 гг.) в зависимости от длительности распашки: слой: 1 – 0–20 см, 2 – 20–50 см, 3 – 50–100 см.

В начале вегетации (май) максимальное количество нитратного азота в пахотном слое почвы отмечается на пахотных участках с длительностью использования 14 и 54 года – 18,8 и 16,8 мг/кг почвы. Залежи, а также пашни с длительностью антропогенной нагрузки более 50 лет по обеспеченности нитратным азотом уступали пахотным участкам, введенным в эксплуатацию в 1992 и 1952 гг. Так, на пашне с длительностью использования 84 года содержание нитратного азота составило 17,8 мг/кг, на 114 летней пашне – 14,0 мг/кг почвы. В этот же период почвы степных участков содержали всего 12,2-12,4 мг/кг доступного азота.

Особенно контрастно закономерность по различной степени обеспеченности нитратным азотом разновозрастных пашен проявляется в период вегетации - колошение-спелость, когда происходит интенсивное потребление растениями элементов минерального питания. Так если в этот период на залежи косимой обеспеченность азотом составляла 14,1 мг/кг, на 14 летней пашне 27,7 мг/кг, то на пашне с использованием в течение 54 лет – 21,7 мг/кг, на 84летней – 14,8 мг/кг и на 114 летней всего 10,5 мг/кг.

Подвижный фосфор. Агрогенная эволюция почв наложила свой отпечаток на содержание и профильное распределение фосфатов. Наиболее высокой обеспеченностью характеризовались верхние горизонты пашни. Почвы многолетней залежи по содержанию подвижного фосфора уступали пахотным участкам. В распределении подвижного фосфора отмечена такая закономерность: на степных (заповедных) участках наблюдается увеличение его количества с глубиной, на пахотных наоборот - снижение. Так, на залежи косимой в начале вегетации содержание подвижного фосфора изменялось от 42 мг/кг в верхнем 0-10 см слое до 72 мг/кг почвы в нижнем 90-100 см слое. В то время как на пахотных участках наблюдался обратный процесс профильного снижение содержания фосфора с 164 до 94 мг/кг на пашне 1952 г. и с 161 до 72 мг/кг на пашне 1922 г. Такая же закономерность сохранялась до конца вегетации.

Почвы молодой пашни (1992 г.) и наиболее старой из исследованных (1892 г.) характеризовались наиболее низкой обеспеченностью из всех пахотных почв и занимали промежуточное положение между почвами залежей и средневозрастными пашнями.

Во-первых, по мере увеличения длительности распашки происходит сначала постепенное увеличение содержания подвижного фосфора в течение 50 лет, достигая максимума в интервале 60-70 лет, а затем более быстрое снижение его содержания. При этом через 114 лет распашки содержание подвижного фосфора остается больше по сравнению с многолетней залежью.

НСР0,95 0-20 см – 33,0 мг/кг; 0-50 см – 44,0 мг/кг; 0-100 см – 25,0 мг/кг

Рис. 8 – обеспеченность почв доступным фосфором в зависимости от длительности использования, период обследований 2003-2006 гг.

Обменный калий. Минимальное количество обменного калия, также как отмечалось выше по азоту и фосфору, характерно для черноземов залежных степных участков. Естественное сложение почв естественных биоценозов без ежегодного механического перемешивания верхних горизонтов и ежегодное высокое поступление корневых остатков приводит к стабилизации почвенных процессов и закреплению калия в необменной форме.

Количество обменного калия в верхнем слое почвы (0-20 см) на косимой залежи в среднем за годы проведения исследований составило в начале вегетации 77 мг/кг. Вниз по профилю почв отмечается снижение его содержания до 30 мг/кг в горизонте 50-100 см. Участок некосимой залежи отличался более высоким содержанием обменного калия – 165 мг/кг (0-20 см слой). Более высокая обеспеченность связана с ежегодным поступлением зольных веществ с опадом листьев. Так как в настоящее время некосимый участок степи представляет собой заросли древесно-кустарниковой растительности.

Распашка и вовлечение в сельскохозяйственное производство степных почв повышает долю обменного калия. При чем этот процесс, по нашим данным, характерен для почв с продолжительностью использования до 50 лет. В дальнейшем отмечается закономерное снижение, особенно заметное в верхних горизонтах почвы. В нижних горизонтах содержание обменного калия практически одинаково по всем угодьям, хотя некоторое преимущество все же остается за пашней (рис. 9).

НСР0,95 0-20 см – 69,8 мг/кг; 0-50 см – 32,6 мг/кг; 0-100 см – 12,5 мг/кг

Рис. 9 – Обеспеченность черноземов обменным калием в зависимости от длительности распашки (среднее за 2003–2006 гг., май): 1 – слой 0–20 см; 2 – слой 20–50 см; 3 – слой 50–100 см.

Установлена корреляционная зависимость между содержанием в почве элементов минерального питания и реакцией среды черноземов. Знак корреляции имеет отрицательное значение. Коэффициент корреляции между рН солевой вытяжки и N-NO3 составил -0,44-0,93, для подвижного фосфора -0,61-0,94 и обменного калия -0,26-0,91. Отрицательные значения коэффициентов корреляции указывают на снижение доступности для растений важнейших элементов питания при изменении реакции среды почв и перехода их в градацию слабощелочных. Это может быть одной из причин снижения эффективности минеральных удобрений, отмечаемого в последнее время на черноземных почвах.

Глава 4. Сезонно переувлажненные почвы Каменной Степи

Проблема возникновения и распространения поверхностно переувлажненных и затапливаемых почв в последние десятилетия приобретает все большую актуальность. Несмотря на длительную историю изучения почвенного покрова Каменной Степи, насчитывающую более чем столетний период, до последнего времени картографированием почв в этом направлении никто не занимался.

На обследованной территории имеется более 120 ареалов переувлажненных почв (рис.10), которые приурочены к следующим ландшафтным ситуациям:

1) ареалы с замкнутыми западинами расположенными на плосковершинных водораздельных поверхностях. Такие участки с небольшими по площади пятнами переувлажненных почв создают предпосылки для формирования многокомпонентных почвенных комбинаций и пестроту почвенного покрова. Часть ареалов располагается вблизи влияния лесных полос.

2) к широким вогнутым в плане поверхностям, ложбинам и лощинам на склонах переходящими в балки. Основная масса очагов переувлажнения сгруппирована по отвершкам ложбин и балок, и приурочена непосредственно к ним или в некоторых местах располагаются на незначительном удалении от них. В связи с резким увеличением площади почв, подвергшихся переувлажнению, происходит переход некогда высокоплодородных земель с черноземами в бросовые земли.

3) к днищам лощин и балок выше искусственных водоемов.

Рис. 10 - Общая схема распространения временно переувлажненных и затопленных почв Каменной степи (май 2006 г.). Обозначения: 1 – очаги переувлажнения; 2 – лесополосы (цифрой указан номер); 3 – автодорога; 4 – населенный пункт.

К причинам вызывающих значительную амплитуду колебания уровня грунтовых вод (УГВ), можно отнести следующие.

Во-первых, это особенности геологического строения. Преобладающими материнскими породами являются карбонатные лёссовидные глины и суглинки. Ниже расположены валунные глины, достигающие местами значительной мощности (15 метров и более). Преобладающий гранулометрический состав – глинистый и тяжелосуглинистый.

В вогнутых элементах мезо- и микрорельефа рельефа происходит сосредоточение поверхностного стока.

Проявление сезонного переувлажнения обусловлено литологической неоднородностью четвертичных отложений, что совпадает с выходом на поверхность (на глубине 1,2-2 м) коричневато-бурой слобоводопроницаемой карбонатной глины. По относительному водоупору происходит медленное растекание влаги и вместе с тем из-за малой емкости свободного порового пространства от поверхности до близко расположенного водоупора. Горизонтальные глинистые кутаны по граням структурных отдельностей также препятствуют передвижению воды вниз по профилю.

Второй, немаловажной причиной подъёма УГВ, является изменение биоклиматических условий, и в первую очередь суммы атмосферных осадков.

По результатам наблюдений за более чем 100-летний период (с 1892 года) в Каменной Степи отмечается тенденция увеличения их количества и, особенно во вторую половину XX столетия. Увеличение составило в среднем 50-70 мм. Причем характерной особенностью в данный промежуток времени является повышение количества атмосферных осадков в холодный период года (на 70-90 мм) на фоне повышения среднесуточной температуры воздуха (с 5,04 до 6,020 С). В связи с этим участились такие климатические явления, как часто повторяющиеся оттепели в зимний период, выпадение осадков в виде мокрого снега и дождя. Коэффициент корреляции между УГВ и годовой суммой осадков составил r= -0,717±0,139.

Третьей причиной увеличения УГВ является всё усиливающееся антропогенное многогранное, многостороннее воздействие на сложившиеся веками биоценозы. Сюда можно отнести строительство дорог, прудов, в отдельных случаях неправильное размещение лесных полос, использование тяжелой сельскохозяйственной техники, влагонакопительные приемы и т.д.

Спорным вопросом является оценка роли лесных полос в сезонной переувлажненности почв. Лесные полосы водораздельных пологих участков не являются причиной грунтового переувлажнения почв. Под ними отмечается снижение базового уровня грунтовых вод по отношению к прилегающей территории. Лесные полосы, посаженые же поперек склона, могут вызвать увеличение площадей временно затапливаемых почв в ранневесенний период.

Тенденции изменения свойств почв под влиянием эволюционного развития автоморфных черноземов в сезонно переувлажненные почвы.

Характер изменения увлажненности почвенной толщи приводит к изменению течения окислительно-восстановительных реакций. В условиях низкого стояния грунтовых вод происходит активизация восстановительных процессов.

Морфологические изменения черноземов в результате сезонного переувлажнения характеризуются появлением признаков квазиглееватости (оливковый оттенок в окраске нижних горизонтов, бурые и черные мелкие железистые и железисто-марганцовые конкреции), иногда признаков глееватости (сизые кутаны и/или сизые диффузные полосы вдоль закрытых трещин), прожилок мучнистого гипса в средней части профиля некоторых почв, а также выцветов солей на поверхности почвы. Кроме того, в гумусовом или пахотном горизонте на стенках трещин и крупных пор в сухой период (конец июля – август) после длительного сезонного затопления и(или) сильного поверхностного переувлажнения формируются желтые и красные пленки оксидов и гидроксидов железа в результате смены восстановительных условий на окислительные.

При понижении грунтовых вод в засушливые годы многие отмеченные морфологические признаки сезонных восстановительных процессов либо полностью отсутствуют, либо слабо выражены.

Сезонное переувлажнение почв в условиях жаркого лета способствует накоплению и миграции легкорастворимых солей. Во второй половине XX века можно выделить, по крайней мере, два периода по интенсивности накопления солей. Активная водорегулирующая деятельность человека в середине XX века (строительство крупных водоемов, начало массированного орошения неблагоприятными по составу водами, более равномерное распределение снега на полях, вместо его сноса в овраги, вследствие посадки лесных полос) на фоне засушливой фазы многолетнего климатического цикла вызвало засоление переувлажненных почв, что отмечалось при почвенном обследовании в 1970-х – 1980-х годах (Адерихин и др., 1984). В 1990-х и 2000-х годах в условиях влажной фазы многолетнего климатического цикла наблюдалось постепенное рассоление таких участков (рис. 11). При этом в почвенном растворе сохраняется низкая концентрация натриевых солей. В условиях интенсивного испарения с поверхности переувлажненной почвы во время жаркой погоды (обычно в мае) возникает периодическое появление выцветов солей на поверхности почвы.

Рис. 11 Распределение солей (активность иона натрия в пасте с влажностью 50%, ммоль/л) в почвах исследуемого участка западнее лесополосы № 131. А – слой 0–30 см; Г – 150–200 см. Слабое засоление при активности натрия более 20 ммоль/л.

Минерализация и состав грунтовых вод. Проведенные нами исследования минерализации грунтовых вод Каменной Степи в течение ряда лет указывают на их высокую пространственную и сезонную вариабельность. От пресных до средне- и высокоминерализованных. Сумма солей варьирует от 0,21 г/л до 12,6 г/л. На водораздельных участках почв, как правило, она редко превышает 1,5-2,0 г/л. Большие значения отмечаются, в основном, на участках с близким залеганием грунтовых вод и проявлением признаков засоления и осолонцевания.

???????¤??????

???????¤??????


загрузка...